初中物理教师学科思想性知识的现状调查与提升策略

陈留定 于海波

（1.东北师范大学教育学部，吉林 长春 130024；2.东北师范大学物理学院，吉林 长春 130024）

1 问题的提出

随着核心素养研究的不断深入，立足于学科思想寻求学科核心素养的落实路径和培养策略，越来越受到学科教育研究者的重视.［1］教师专业标准和教师教育政策也越来越重视教师对学科思想的掌握，如教育部发布的《中学教师专业认证标准》［2］和《中学教育专业师范生教师职业能力标准（试行）》［3］中均明确指出师范生要掌握学科的基本思想和方法.可见，掌握学科思想是对学科教师的基本要求.而学科思想性知识就是体现学科本质，对学科实践最具影响力的基本思想.［4］物理学中的学科思想主要有守恒思想、对称思想、模型思想、定量思想、实证思想等.物理教师的学科思想性知识就是物理教师所具有的关于物理思想的知识.

学科思想性知识是物理教师学科知识结构中最核心、最上位的构成要素.它不仅影响着教师对物理概念、规律和方法等内容认识的深广度、运用的灵活性和迁移性，还决定着教师教学中对教学内容讲解的灵活性、深刻性和全面性.［5］但是，从当前的物理教师教育来看，无论是职前教师培养还是在职教师培训，多以培养和提升教师的教学技能为主要目标，对教师学科思想性知识的关注不多.对于物理教师而言，教学技能的重要性毋庸置疑，但是要想成为专家型、研究型教师，还要在掌握学科本质、丰富和深化学科思想性知识上下功夫.

从已有研究来看，国外学者多在研究物理教师学科知识的过程中关注其学科思想性知识.研究内容上，主要关注物理教师学科思想性知识的内容和价值、［6］物理教师学科思想性知识的测量和评价、［7］物理教师学科思想性的发展策略［8］3个方面；研究对象上，则侧重于对职前物理教师学科思想性知识的研究.近年来，我国学者对物理学科的思想性知识关注也越来越多，主要包括4个方面：一是从学科层面概括物理学的基本思想；［9］二是从教学层面思考物理思想的教学策略；［10］三是从问题解决层面关注物理思想在问题解决中的运用策略；［11］四是从学生培养和物理思想教学的视角，提出物理教师需要掌握的物理思想内容.［12］比较来看，目前我国关于物理学科思想性知识的研究较少关注到教师层面，具体到初中物理教师层面的研究更是鲜见.初中物理教师应该把握哪些学科思想性知识、初中物理教师学科思想性知识水平如何等，尚需要进一步的研究和探索.

本研究在确定初中物理教师所应掌握的学科思想性知识内容的基础上，编制《初中物理教师学科思想性知识调查问卷》，对初中物理教师学科思想性知识现状进行调查和分析，并结合调查结果，为初中物理教师学科思想性知识水平的提升提出针对性的建议.

2 研究方法

2.1 调查工具

本研究综合采用理论分析法和德尔菲法确定了初中物理教师所应掌握的学科思想性知识内容.这些内容也是考察初中物理教师学科思想性知识现状的一级指标和二级指标，如表1所示.基于该指标体系，编制了《初中物理教师学科思想性知识调查问卷》，问卷共54个题目：6个基本信息题，25个初中物理教师学科思想性知识现状测查题，10个考察初中物理教师学科思想性知识影响因素的题目，3个考察初中物理思想教学现状的题目以及10个补充类题目.运用SPSS22.0、AMOS24.0软件等数据分析软件对调查数据进行分析，结果显示，问卷的内部一致性系数（Cronbachα）为0.899，各个一级指标的内部一致性系数分别为0.849、0.887、0.831、0.861、0.869，说明测评工具具有较高的信度；CFA分析结果显示，χ2/df＝1.629，RMR＝0.023、RMSEA ＝0.009，GFI＝0.973、IFI＝0.994、CFI＝0.997，5个潜在变量的 AVE分别为0.614、0.664、0.598、0.621、0.637，组 合 信 度 分 别 为 0.851、0.894、0.837、0.863、0.871，5个潜在变量的相关系数取平方后均小于AVE的最小值，说明测评工具结构效度良好.

表1 初中物理教师学科思想性知识测评指标

续表

2.2 调查样本

为获得具有说服力、有代表性、可推广的数据结果，在确保样本分布均衡的基础上，采用目的抽样、随机抽样和分层抽样的方式进行抽样测查.样本来源于全国不同地区，主要集中在吉林省、河南省、新疆维吾尔自治区等地，最终收到有效问卷531份，样本分布如表2所示.

表2 调查样本分布

3 调查数据分析与讨论

采用SPSS21.0统计分析软件的描述分析、独立样本t检验、Pearson相关分析、单因素方差分析等功能对收集的有效数据进行分析，主要关注初中物理教师学科思想性知识的整体表现和群体差异.

3.1 教师对一些物理思想的关注度与其实际掌握水平不一致

当问及“与初中物理教学联系紧密的物理思想有哪些”时，选择转换思想的人数最多（N＝453，见图1柱状图），占样本总数的85.31%；然后，依次为模型思想、逻辑思想、守恒思想、等效思想、定量思想、因果思想、实证思想和系统思想；仅有32.02%的被试选择对称思想（N＝170）.从教师在各个物理思想上的得分均值来看，教师在等效思想上的得分均值最高，达到3.439（总分均为4）；在定量思想上的得分均值最低，仅为1.623.具体来看，选择转换思想的教师人数最多，但是教师在该思想上的得分均值排名第5；选择模型思想的人数排名第2，实际得分均值排第6.而选择人数排名分别为第5和第10的等效思想、对称思想，教师的得分均值排名分别为第1和第3.

图1 各物理思想的选择人数与实际得分均值比较图

各个物理思想的选择人数一定程度上反映了初中物理教师对它们的关注程度，选择人数越多说明初中物理教师对该物理思想的关注度越高；各个物理思想上的得分均值反映了教师对它们的掌握水平，得分均值越高说明教师对该物理思想的掌握水平越高.对比来看，初中物理教师对一些物理思想的关注度与其实际掌握水平不一致.这主要是由物理思想本身的显性化程度、教师对相关物理知识和方法的掌握深度等多方面原因共同造成的.比如，模型思想在初中物理教学中经常被显性化提及，使得初中物理教师对其关注度较高，但是对模型认识的局限性却造成教师对模型思想理解的浅层化、运用的窄化.调查中发现，多数初中物理教师知道光线、点电源是理想模型，但是却对匀速直线运动、光的直线传播这些过程类物理模型认识有限.这在一定程度上限制了其对模型思想运用的广度和迁移性.又如，初中物理教师对对称思想的关注度最低，但对其实际掌握水平却较高.进一步分析发现，初中阶段的物理教学资源中，对对称法的强调较多，但是直接显性呈现对称思想的内容则相对较少.这就造成尽管很多教师对对称法较为关注和重视，但是对对称思想的关注则不高.但是，教师对对称法的熟练掌握和运用，以及对光路可逆、行星的椭圆轨道、雪花的正六边形结构等物理现象对称性的认识和把握，则有效促进了教师对称思想的形成.

3.2 教师对物理思想的把握水平普遍不高

3.2.1 认识的浅层化

调查发现，初中物理教师对物理思想的认识不深刻，具体体现在4个方面.（1）不能准确把握物理思想和物理方法的区别.比如，约71.43%的被试教师不能准确区分物理思想和物理方法，30.58%的教师认为物理思想就是物理方法.（2）不能对物理思想进行有效分类.约69.71%的教师知道初中物理教学中的重要物理思想有哪些，但是仅有约24.86%的教师能够对重要物理思想进行合理有效分类.（3）不能准确区分具有一定相似性或联系性的物理思想.比如，约69.17%能够认识到“根据电流的热效应认识电流”运用了转换思想.但是当问及“对于一些不易直接测量的物理量，我们通常会用选取容易测量的物理量间接测量，这体现了什么思想”，选项中同时有转化思想、等效思想和转换思想时，约60.44%的教师不能准确选择转换思想.这说明教师对转换思想的把握并不深刻，对不同物理思想之间的区别和联系、共性和差异等认识不足.（4）对物理思想价值的认识不细致.几乎所有的被试教师都能认识到物理思想对物理学发展、学生发展、教师发展和物理教学有重要价值，但多数教师并不清楚具体对哪些方面有价值、有什么价值.比如，约87.76%的教师能够认识到渗透物理思想有助于核心素养的落实，但仅有一半的教师知道渗透物理思想能够帮助学生建立不同知识间的联系、完善学生知识结构.前者是关于物理思想对物理教学价值的宏观描述，后者则相对具体和细致.

3.2.2 理解的片面化

初中物理教师对一些重要物理思想的认识有失偏颇.（1）认为定量就是控制变量.当问及“定量是保持一个量或几个量不变”时，80.37%的教师选择了“同意”和“非常同意”.从这点来看，大多数初中物理教师将定量等同于控制变量.这与定量思想侧重于采用数学的方式探索量与量之间的关系这一关键特性不一致.（2）多数教师持有决定论的因果观.当考察教师对“物质的运动状态是可以改变的”这一观点的态度时，54.49%的教师选择了“同意”和“非常同意”，说明超过一半的初中物理教师持有机械论的因果观.（3）将能量守恒规律等同于守恒思想.调查发现，65.32%教师将守恒思想的运用等同于能量守恒规律的运用，认为只要是运用能量守恒定律解决问题的过程，就是运用守恒思想的过程.造成教师对物理思想认识片面的原因有二：其一，教师经验固化和思维定势的制约.比如，中学阶段通常在解决能量守恒问题时才会显化或者强调守恒法、守恒思想的使用，而对质量守恒、长度守恒等其他守恒较少关注，造成教师对守恒认识局限，进而影响其对守恒思想的把握.其二，受初中物理教学内容的影响.比如，初中物理教学以经典物理学内容为主，一定程度上制约了教师对量子力学下随机性、几率性和非线性的理解和认识.

3.2.3 掌握的操作化

对物理思想把握的操作化体现在两个方面.（1）与对物理思想内涵（M＝2.352）和内容（M＝2.282）两方面知识的掌握水平相比，教师对物理思想运用的知识（M＝2.698）把握水平相对较高（如图2所示）.前者涉及对物理思想本体概念层面的认识和把握，后者则侧重于物理思想的操作与运用.（2）教师对与常用物理方法紧密联系的物理思想掌握水平相对较高.从图1来看，教师对转换思想、等效思想、对称思想的掌握水平相对较高.这些物理思想与初中物理问题解决中常用的转换法、等效法、对称法等一些物理方法联系紧密.比如，运用等效法解决力的合成与分解问题、多个电阻的串联和并联问题，运用对称法解决平面镜成像相关的作图问题、二力平衡问题、电场磁场问题等.对等效法和对称法的熟练运用促进了教师对等效思想和对称思想的理解、运用和把握.

图2 被试教师各知识维度得分均值雷达图

3.3 不同物理教师学科思想性知识水平差异显著

3.3.1 男女教师整体差异不显著，但在具体指标上差异显著

使用独立样本t检验考察不同性别初中物理教师学科思想性知识均值的差异.由表3可以看出，男女教师学科思想性知识总体得分均值差异不显著（P＝0.078＞0.05），但是在关于物理思想内涵的知识（P＝0.003＜0.05）、关于物理思想运用的知识（P＝0.002＜0.05）和关于物理思想发展的知识（P＝0.000＜0.05）3个一级指标上，男教师得分均显著高于女教师.具体到各个二级指标，男教师在物理思想是什么、物理思想的特征、重要物理思想的运用范围和选用依据、物理学不同发展阶段的主要物理思想以及物理学史上关于物理思想的典型运用几个指标上的得分均值均显著高于女教师.另外，女教师对物理思想价值的把握水平显著高于男教师.

表3 不同性别初中物理教师学科思想性知识差异分析结果

进一步分析发现，与女教师相比，男教师教研能力、物理学史阅读情况和对物理学的认识水平均显著高于女教师.这些是影响初中物理教师学科思想性知识发展的重要因素.首先，教研能力强的教师，其比较与分析能力、抽象与概括能力、反思能力等也相对较强.这些思维能力是教师学科思想性知识的重要构成要素.其次，物理学史研究中对物理学发展过程以及科学家研究过程中研究方法、问题解决思路、重要思想等内容的分析和梳理，能有效促进教师对物理思想的把握.最后，教师对物理学科知识结构、方法体系、思维特点等的认识越深刻、全面，越容易生成和建构学科思想性知识.

3.3.2 教师职称越高，其对物理思想的认识越全面深刻

采用单因素方差分析考查初中物理教师学科思想性知识总分均值以及各个指标上得分均值的职称差异和显著性水平.由表4来看，不同职称的初中物理教师学科思想性知识总分均值存在显著差异（P＝0.000＜0.001）.从事后检验结果（LSD）来看，教师职称越高，其学科思想性知识水平也越高.但是这一趋势在中学一级教师和二级教师之间出现了异常：尽管中学二级教师学科思想性知识总体得分均值未显著高于中学一级教师，但是其在物理思想内容、价值、运用和发展4个一级指标的得分均值均显著高于中学一级教师.另外，在各一级指标和二级指标上，具有正高级职称的教师得分均值均显著高于其他教师.

表4 不同职称初中物理教师学科思想性知识的差异分析结果

进一步分析来看，随着教学经验的丰富、教学能力的增强，教师对教学内容的结构性、联系性以及知识背后蕴含的方法、思维和思想等更加关注，总结概括教学内容的能力、教学反思能力等也不断提升.［13］这进一步促进了物理教师学科思想性知识的生成与建构.具体到二级和一级教师来看，二级教师多处于早期生存关注阶段，教学主动性相对较强，对教学中学科知识的正确性、科学性较为重视，使得其对学科思想这一重要学科知识的把握也相对较好.

3.3.3 省会、直辖市学校教师对物理思想内容和运用两方面知识的掌握更深刻

根据学校所处地理位置，将学校分为省会和直辖市学校、地级市学校、县城学校和乡镇学校4类.对这4类学校的初中物理教师学科思想性知识水平进行差异分析.表5呈现的是不同学校初中物理教师在“关于物理思想内容的知识”“关于物理思想运用的知识”两个一级指标得分均值的单因素方差分析结果.从P值和事后检验结果（LSD）来看，省会、直辖市学校的教师对物理思想内容和运用两方面的得分均值显著高于地级市、县城和乡镇学校的教师.在二级指标上，省会、直辖市学校的教师对重要物理思想内涵、运用范围、选用依据及其对应物理方法的认识上，以及对不同物理思想的区别、物理思想对学科和教师发展价值的把握等方面的把握水平，均也显著高于其他教师.

表5 不同学校初中物理教师对物理思想内容和运用两个方面把握水平的差异分析结果

造成省会、直辖市学校的教师对物理思想内容和运用的把握水平显著高于其他教师的原因主要有两个：一是教师观念，调查发现省会、直辖市学校的教师更重视关注学生的长远发展，能够认识到物理思想在培养学生可持续发展能力上的重要作用和价值，教学中对物理思想的关注也相对较多；二是教研能力，省会、直辖市学校的教师开展教学研究的机会较多、能力相对较强，而这些是影响教师学科思想性知识的重要因素之一.

4 初中物理教师学科思想性知识水平的提升策略

4.1 显化重要物理思想，增强教师学科思想性知识的建构意识

调查发现，初中物理教师对等效思想、逻辑思想、对称思想等这些较常提及，且显性呈现在相关物理教学资源中的物理思想掌握水平相对较高，而对较少提及、显性化程度较低的系统思想和因果思想的关注度和掌握水平均不高.从这点来看，提升物理思想的显性化程度，能唤起教师对物理思想的重视，促进其学习和建构.显化物理思想的方法有很多，一是在相关的政策文件中显化物理思想的教育价值、物理学的重要思想有哪些以及各个物理思想的教学要求等；二是在教材或者教学参考书中显化物理知识和方法中蕴含的物理思想.比如，将几个物体看成一个整体分析其整体受力情况体现了系统思想，但是相关资料中通常仅对整体法进行强调，对系统思想较少提及，显化整体法背后隐含的系统思想能增强教师对系统思想的重视；三是在教师培训中开展针对物理思想或者物理思想教学的培训.比如，关于教学中渗透物理思想的教学策略的培训；关于运用模型思想解决问题的策略的培训等等.

4.2 以反映学科探索过程的物理学史内容为依托，促进教师对物理思想的全面把握

调查发现，喜欢阅读物理学史的教师，对物理思想的把握更加深刻和全面.这主要是因为，物理学的发展史在一定程度上反映了物理思想的演变史，物理学史中蕴含的物理方法、物理思维、物理观念等都能够有效促进教师对物理思想的认识和掌握.但是，并不是所有的物理学史内容都对教师掌握物理思想有积极作用，教师要选择那些反映科学家探索过程、物理学发展或演进过程、物理学发展中学派间争议的物理学史内容加以学习，挖掘这些过程中蕴含的物理思维与方法、物理思想与观念等，从而加深对具体物理思想的认识和把握.比如，以牛顿力学为基础的经典物理学和以量子力学、混沌理论为代表的现代物理学，为我们提供了两种不同的因果思想，前者是机械决定论的因果思想，后者是概率决定论的因果思想.［14］了解人们认识物理世界因果关系的过程中经历的困惑、试探和创新等，把握不同学派因果思想的分歧、争议与冲突，不仅能深化教师对因果关系的掌握，还能帮助教师理解因果思想的内涵、认识因果思想的价值、掌握因果思想的运用等.

4.3 加强对学科本体的反思，提升教师学科思想性知识的深刻性

调查发现，初中物理教师对物理思想的认识呈现出浅层化特点；教师对物理学科的认识水平越高，其对物理思想的把握越精准、越深刻.这主要是因为，物理思想是人们对物理学科本体深入思考、反复追问、抽象凝练的结果，对物理学科研究领域、研究目的、研究方法、知识内容和结构、精神特质、思想观念等各个方面的深入思考，能深化教师对物理思想的理解和掌握.比如，在学科方法上，反思数学方法在物理学研究中的运用过程、运用范围、运用方式等，能够使教师认识到物理学中的定量在于以数学为工具，探索量与量之间的关系；反思物理学科与人文学科在研究方法上的区别和联系，能够深化教师对物理学中实证思想强调实验和测量、坚持实验的可重复性和研究结论的可证性等内容的把握.又如，在学科内容上，反思守恒规律反映的物理学本质，能够使教师认识到守恒是物质变化过程中最基本、最本质的特征之一，运用守恒思想解决问题的关键在于抓住复杂变化中的不变量.

4.4 兼顾理论掌握与实践运用，促进教师学科思想性知识运用的灵活性和迁移性

调查发现，初中物理教师对物理思想运用知识的把握水平相对较高；对与常用物理方法紧密联系的物理思想运用水平也普遍较高，整体呈现出操作化和实践化特征.但是他们对物理思想的运用多集中在解决常见物理问题上，在解决跨学科问题、生活问题中运用水平不高，灵活性和迁移性不足.这主要是由教师对物理思想内涵、内容等理论性知识的认识不足、掌握不充分造成的.物理思想具有高度的抽象性和跨学科性，只有充分把握其本质，才能实现灵活运用和理解迁移.这就要求教师，一方面要重视对“公共物理思想”的理解和内化，抓住各个物理思想的本质，全面把握其内涵、内容等.教师可以通过阅读物理思想研究的相关书籍或论文、向物理思想研究或者物理思想教学专家请教、参加物理思想以及物理思想教学的相关培训活动等多种途径进行学习；另一方面，从物理思想的高度探索复杂问题的解决思路，既关注各个物理思想如何用，还要思考为什么用、什么时候用、用的效果如何、如何用的更好等等.比如，针对问题“在离地高h处，沿竖直方向同时向上和向下抛出两个初速度大小均为v的小球，不计空气阻力，求两球落地的时间差”， 可以利用对称思想，依据运动过程的对称性，判断出两球落地的时间差就是竖直上抛小球落回到抛出点所用的时间，进而解决问题.

4.5 以专家型教师为引领，构建教师学科思想性知识发展共同体

调查发现，教师职称越高，其对物理思想的认识越全面和深刻；具有正高级职称的初中物理教师，其学科思想性知识具有明显的深刻性和结构化特征.由此来看，有必要以专家型教师为引领，构建学科思想性知识发展共同体，以充分发挥专家型教师的引导和示范作用.一方面，要以专家型教师为核心，围绕物理思想的有关内容，开展“学习—研讨—实践—反思”一体化的教研活动，反思物理学科本质以及研讨物理思想本体、物理思想教学策略、运用物理思想解决问题的策略等各个方面，从而加强学习，促进理解和把握；另一方面，要关注教师间的群体差异，加强不同物理教师间的协作和交流.比如，男教师对物理思想内涵、运用和发展的把握水平显著高于女教师，而女教师对物理思想价值的认识则更加深刻和细致，二者的交流与研讨能有效促进他们的优势互补、共同发展.